JP2008117578A - アルカリ乾電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】起電反応面積の増大により大電流を容易に取り出すことができて、しかも長寿命なアルカリ乾電池を提供すること。
【解決手段】本発明のアルカリ乾電池１１は、有底円筒形の正極缶２１、リング状正極合剤成形体３１、負極作用物質５１、有底のセパレータ４１を備える。正極缶２１は、底部２６の外側中央部にて突出する正極端子２５の反対面側に凹部２７を有する。セパレータ４１は、リング状正極合剤成形体３１と負極作用物質５１との間に介在されている。凹部２７内には第１主面１０２及び第２主面１０３を有する錠剤状正極合剤成形体１０１が嵌入されている。第１主面１０２がセパレータ４１の底部４２の外面に当接され、第２主面１０３が正極缶２１の底部２６の内面に当接されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、重負荷機器に対して大電流を供給可能なアルカリ乾電池及びその製造方法、並びに電池に使用される正極合剤成形体に関するものである。

電解液に強アルカリ性水溶液を用いたアルカリ乾電池は、使用中の電圧降下が少ない等といった利点を有することから、デジタル機器などへの用途が拡大しつつある。なかでも、ＬＲ６（単３形）やＬＲ０３（単４形）等といった円筒形アルカリ乾電池は、これらの機器に使用される機会が多い。この種の円筒形アルカリ乾電池は、通常、電池ケースを兼ねる有底円筒形の金属製正極缶を備えている。正極缶の内部には、正極合剤と負極作用物質とセパレータとからなる発電要素が収納されている。正極缶の開口部は、金属製の負極集電子と、金属製の負極端子板と、合成樹脂製の封口ガスケットと一体に組み付けてなる集電体によって閉塞されている。そしてこの種のアルカリ乾電池では、セパレータを介して正極合剤と負極作用物質とが対峙する円周面状領域にて酸化還元反応が起こり、その結果電気が起こるようになっている。

ところで、最近のデジタル機器は大電流を必要とするものが多いが、従来構造のアルカリ乾電池では十分に大きな電流を取り出すことが困難なため、デジタル機器を十分にかつ長時間動作させることができない場合があった。上記のように、アルカリ乾電池の大電流化、長寿命化などに対する要求は強く、従来以下のような改良案が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１では、正極缶の缶底部と正極合剤との間に、カーボン粉末や金属粉末などといった導電性物質を配設したアルカリ乾電池の構造が開示されている。このアルカリ乾電池では、正極缶と正極合剤との電気的接触の確保を通じて、大電流化を図らんとしている。また、特許文献２では、正極缶とセパレータとの対向する円筒底面部間に、高分子材料からなる電解液吸収部材を配設したアルカリ乾電池の構造が開示されている。このアルカリ乾電池では、電解液の含浸時間を短縮して電解液を増量することを通じて、大電流化を図らんとしている。

このほか、例えば正極合剤や負極作用物質などの発電要素を増量すること等により、大電流化を図らんとしたアルカリ乾電池も従来提案されている。
特開平９−２２３５０４号公報（図１，２参照） 特開平１０−７４５２５号公報（図１参照）

ところで、特許文献１，２の従来技術は、正極合剤や負極作用物質などの発電要素自体を増量しているわけではないので、基本的にアルカリ乾電池の大電流化、長寿命化に向く構造であるとは言いがたい。従って、できれば正極合剤や負極作用物質などを増量する構造を採用し、大電流化、長寿命化を図ることが望ましい。

しかしながら、正極缶の形状や体積には一定の制約があるため正極合剤や負極作用物質などの増量は難しく、しかも一方を増量すると他方の減量が避けられないという不都合が生じる。また、単純に正極合剤や負極作用物質の増量を行ったとしても、電気が起きる酸化還元反応の生じる領域の面積（便宜上「起電反応面積」と呼ぶ。）の増大が伴わなければ、結局は大電流化、長寿命化を達成することができない。それゆえ、上記の諸条件を満たす新たなアルカリ乾電池構造が望まれている。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、起電反応面積の増大により大電流を容易に取り出すことができて、しかも長寿命なアルカリ乾電池を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、上記の優れたアルカリ乾電池を得るうえで好適な製造方法、正極合剤成形体を提供することにある。

そこで、上記課題を解決するために本願発明者らが鋭意研究を行ったところ、有底のセパレータを用いた場合においてその底部領域が殆ど起電反応に寄与していないことに注目し、当該領域についても起電反応に寄与させるべく、セパレータ底部外面に正極合剤を接触させて配置することを新規に着想した。また本願発明者らが、セパレータ底部外面の位置する缶底部において正極合剤をより効果的に配置しうる場所を模索したところ、底部外側中央部にて突出する正極端子の反対面側に存在する凹部がデッドスペースとなっていることに注目し、この凹部を正極端子の配置場所として積極的に利用すること新規に着想した。さらに本願発明者らが、正極合剤の形態について検討したところ、錠剤状または円盤状に成形した形態が好適であることを新規に知見した。そして、これらの新規な着想、知見に基づき、本願発明者がさらに鋭意研究を行った結果、下記の発明を想到することができたのである。

即ち、請求項１に記載の発明は、底部外側中央部にて突出する正極端子の反対面側に凹部を有する有底円筒形の正極缶と、前記正極缶の内部に嵌入されたリング状正極合剤成形体と、前記正極缶の中心部に配置された負極作用物質と、前記リング状正極合剤成形体と前記負極作用物質との間に介在された有底のセパレータとを備え、第１主面及び第２主面を有する錠剤状正極合剤成形体が前記凹部内に嵌入され、前記第１主面が前記セパレータの底部外面に当接または接着され、前記第２主面が前記正極缶の底部内面に当接されていることを特徴とするアルカリ乾電池をその要旨とする。

従って、請求項１に記載の発明によれば、錠剤状正極合剤成形体の第１主面との当接または接着によって、セパレータの底部が起電反応に寄与する領域となる結果、トータルでの起電反応面積が従来構造に比べて増大する。また、従来デッドスペースであった前記凹部内に発電要素の一種である錠剤状正極合剤成形体を嵌入する結果、基本的に正極合剤が増量する。以上のことから、大電流を容易に取り出すことが可能となり、しかも長寿命化が図られる。なお、成形体は粉体等とは異なり緻密で導電性が高く、また、正極缶の底部内面との接触抵抗も比較的小さい。このこともアルカリ乾電池の大電流化、長寿命化に少なからず貢献しうる。

請求項２に記載の発明は、底部外側中央部にて突出する正極端子の反対面側に凹部を有する有底円筒形の正極缶と、前記正極缶の内部に嵌入されたリング状正極合剤成形体と、前記正極缶の中心部に配置された負極作用物質と、前記リング状正極合剤成形体と前記負極作用物質との間に介在された有底のセパレータとを備え、第１主面及び第２主面を有する円盤状正極合剤成形体が前記正極缶の缶底部に嵌入され、前記第１主面が前記セパレータの底部外面に当接または接着され、前記第２主面が前記正極缶の底部内面に当接されていることを特徴とするアルカリ乾電池をその要旨とする。

従って、請求項２に記載の発明によれば、円盤状正極合剤成形体の第１主面との当接または接着によって、セパレータの底部が起電反応に寄与する領域となる結果、トータルでの起電反応面積が従来構造に比べて増大する。よって、大電流を容易に取り出すことが可能となり、しかも長寿命化が図られる。なお、成形体は粉体等とは異なり緻密で導電性が高く、また、正極缶の底部内面との接触抵抗も比較的小さい。このことはアルカリ乾電池の大電流化、長寿命化に少なからず貢献しうる。

請求項３に記載の発明は、底部外側中央部にて突出する正極端子の反対面側に凹部を有する有底円筒形の正極缶と、前記正極缶の内部に嵌入されたリング状正極合剤成形体と、前記正極缶の中心部に配置された負極作用物質と、前記リング状正極合剤成形体と前記負極作用物質との間に介在された有底のセパレータとを備え、第１主面、第２主面及び前記第２主面の中央部に位置する突起を有する円盤状正極合剤成形体が、前記突起を前記凹部内に嵌入した状態で前記正極缶の缶底部に嵌入され、前記第１主面が前記セパレータの底部外面に当接または接着され、前記第２主面及び前記突起の先端面が前記正極缶の底部内面に当接されていることを特徴とするアルカリ乾電池をその要旨とする。

従って、請求項３に記載の発明によれば、円盤状正極合剤成形体の第１主面との当接または接着によって、セパレータの底部が起電反応に寄与する領域となる結果、トータルでの起電反応面積が従来構造に比べて増大する。また、従来デッドスペースであった前記凹部内に発電要素の一種である円盤状正極合剤成形体の突起を嵌入する結果、基本的に正極合剤が増量する。以上のことから、大電流を容易に取り出すことが可能となり、しかも長寿命化が図られる。なお、成形体は粉体等とは異なり緻密で導電性が高く、また、正極缶の底部内面との接触抵抗も比較的小さい。このこともアルカリ乾電池の大電流化、長寿命化に少なからず貢献しうる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記錠剤状正極合剤成形体及び前記円盤状正極合剤成形体は、前記リング状正極合剤成形体と同じ材料を用いて成形されていることをその要旨とする。

従って、請求項４に記載の発明によれば、各正極合剤成形体の成形に別々の材料を用いた場合に比べて、製造コストを低減することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記正極缶の底部内面には黒鉛分散ニッケルめっき層が形成されていることをその要旨とする。

従って、請求項５に記載の発明によれば、正極缶の底部内面の導電性が向上するため、錠剤状正極合剤成形体または円盤状正極合剤成形体と正極缶の底部内面との接触抵抗が小さくなり、大電流化、長寿命化を達成しやすくなる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルカリ乾電池の製造方法であって、あらかじめ底部外面に錠剤状正極合剤成形体または円盤状正極合剤成形体を接着したセパレータを正極缶内に挿入することにより、前記錠剤状正極合剤成形体または前記円盤状正極合剤成形体を所定部位に嵌入させることを特徴とするアルカリ乾電池の製造方法をその要旨とする。

従って、請求項６に記載の製造方法によれば、セパレータを正極缶内の所定位置に挿入することで、あらかじめ底部外面に接着されていた錠剤状正極合剤成形体または円盤状正極合剤成形体を所定部位に嵌入させることができる。このため、正極合剤成形体を嵌入する際の位置決め制御が不要になり、所望構造のアルカリ乾電池を効率よく低コストで製造することができる。

請求項７に記載の発明は、第１主面及び第２主面を有する錠剤状であって、有底円筒形の正極缶の底部外側中央部にて突出する正極端子の反対面側にある凹部内に嵌入可能な大きさを備える電池用正極合剤成形体をその要旨とする。

従って、請求項７に記載の正極合剤成形体によれば、前記凹部内に嵌入することで、大電流かつ長寿命のアルカリ乾電池を得ることができる。なお、成形体は粉体等とは異なり緻密で導電性が高く、また、正極缶の底部内面との接触抵抗も比較的小さい。このこともアルカリ乾電池の大電流化、長寿命化に少なからず貢献しうる。ゆえに、本発明の正極合剤成形体は、上記の優れたアルカリ乾電池を得るうえで好適な構成部品であると言える。

請求項８に記載の発明は、第１主面、第２主面及び前記第２主面の中央部に位置する突起を有する円盤状であって、前記突起を前記凹部内に嵌入した状態で有底円筒形の正極缶の缶底部に嵌入可能な大きさを備える電池用正極合剤成形体をその要旨とする。

従って、請求項８に記載の正極合剤成形体によれば、突起を前記凹部内に嵌入した状態で正極缶の缶底部に嵌入することで、大電流かつ長寿命のアルカリ乾電池を得ることができる。なお、成形体は粉体等とは異なり緻密で導電性が高く、また、正極缶の底部内面との接触抵抗も比較的小さい。このこともアルカリ乾電池の大電流化、長寿命化に少なからず貢献しうる。しかも、このような円盤状の正極合剤成形体は、正極缶内に嵌入する際に位置決め制御を行わなくても、比較的容易に所定部位に嵌入させることができる。ゆえに、本発明の正極合剤成形体は、上記の優れたアルカリ乾電池を得るうえで好適な構成部品であると言える。

以上詳述したように、請求項１〜５に記載の発明によると、起電反応面積の増大により大電流を容易に取り出すことができて、しかも長寿命なアルカリ乾電池を提供することができる。請求項６に記載の発明によると、上記の優れたアルカリ乾電池を効率よく低コストで得ることが可能な製造方法を提供することができる。請求項７，８に記載の発明によると、上記の優れたアルカリ乾電池を得るうえで好適な正極合剤成形体を提供することができる。

[第１実施形態]

以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１，図２に基づき詳細に説明する。

図１には、本実施形態におけるＬＲ６型（単３型）の円筒形アルカリ乾電池１１が示されている。この円筒形アルカリ乾電池１１を構成する正極缶２１は、電池ケースを兼ねる有底円筒形の鋼材製部材であって、その内部にある空間には発電要素３０（リング状正極合剤成形体３１、セパレータ４１及び負極作用物質５１）が収納可能となっている。正極缶２１の底部中央には、突起状の正極端子２５が形成されている。このような正極缶２１の外表面には、絶縁性の付与及び意匠性の向上等のために外装ラベル２３が巻き付けられている。

正極缶２１の内部には、中空円筒状に成形された３個のリング状正極合剤成形体３１が縦積み状態で嵌入されている。発電要素３０の一部をなすリング状正極合剤成形体３１は、二酸化マンガン、黒鉛及びバインダーを添加した材料からなる部材である。リング状正極合剤成形体３１の中心部には、亜鉛粉、ゲル化剤、アルカリ電解液などを混合してなるゲル状の負極作用物質５１が充填されている。ゲル化剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸及びその塩類、アルギン酸ソーダ、エーテル化デンプン等が好適である。アルカリ電解液としては、例えば、水酸化カリウム水溶液などが好適である。リング状正極合剤成形体３１と負極作用物質５１との間には、ビニロン繊維やレーヨン繊維を基材とした不織布からなる有底円筒状のセパレータ４１が介在されている。セパレータ４１及びリング状正極合剤成形体３１中には、強いアルカリ性を示す電解液が浸潤されている。

図１（ａ）に示されるように、正極缶２１の開口部２２の内面側には、複数の部品を組み付けてなる集電体６０が装着されかつカシメ付けられ、その結果として正極缶２１が気密に封口されている。この集電体６０は、負極端子板６１と、負極集電子７１と、封口ガスケット８１とによって構成されている。

封口ガスケット８１は、例えばポリプロピレン樹脂などといったポリオレフィン系のような合成樹脂材料からなる射出成形部品である。なお、ポリプロピレン樹脂の代わりにポリアミド樹脂等のようなアミド系樹脂を用いてもよい。この封口ガスケット８１は中央部にボス部８２を備えており、そのボス部８２を貫通するボス孔８２ａ内には負極集電子７１が挿通可能となっている。ボス部８２の周囲には薄肉の内環部８３が一体形成され、さらにその外周側には内環部８３よりも厚肉の外環部８４が一体形成されている。

負極端子板６１は導電性金属製の板材からなる。この負極端子板６１は、外側面に平坦な端子面が形成された中央平板部６２を備えている。中央平板部６２の内側面は、封口ガスケット８１の外環部８４の外側面にほぼ密着している。負極端子板６１の外周部は、封口ガスケット８１の外環部８４側の環状凹部に対して嵌合されている。

負極集電子７１は導電性金属からなる断面円形状の棒材であって、その先端部７３は負極作用物質５１中に挿入配置されるようになっている。一方、負極集電子７１の基端部７２は、ボス部８２のボス孔８２ａに挿通されるとともに、負極端子板６１の中央平板部６２の中央部に対してスポット溶接等により固着されている。その結果、負極端子板６１の中央平板部６２に対して垂直な方向に負極集電子７１が延設されている。

以上のように構成された集電体６０は、正極缶２１の開口部２２の内面に装着されるとともに、開口部２２側の端部が封口ガスケット８１の外環部８４の外周部分とともに径方向中心に向けて直角に折曲されている。その結果、集電体６０が正極缶２１の開口部２２に強固にかつ気密的に取り付けられている。

さらに本実施形態のアルカリ乾電池１１の場合、正極缶２１の底部２６の外側中央部にて突出する正極端子２５の反対面側には、凹部２７が存在している。また、凹部２７とセパレータ４１の底部４２とがなす空間は、いわゆるデッドスペースとなっている。従来構造のアルカリ乾電池では、この凹部２７内に特に何も配置されていなかったが、本実施形態ではそこに錠剤状正極合剤成形体１０１が配置されている。

図１（ｂ）に示されるように、錠剤状正極合剤成形体１０１は、第１主面１０２及び第２主面１０３を有する平面視円形の錠剤状（タブレット状）であって、凹部２７内に嵌入可能な大きさを備えている。即ち、この錠剤状正極合剤成形体１０１は、凹部２７の内面形状に倣った形状を有している。嵌入状態においては、第１主面１０２がセパレータ４１の底部４２の外面（図１（ａ）では下面）の中央部に面接触状態で当接する。また、第２主面１０３が正極缶２１の底部２６の内面（詳しくは凹部２７の底となる部分）に面接触状態で当接する。従って、正極缶２１との導電性及びセパレータ４１との導電性が確保されている。なお、本実施形態の錠剤状正極合剤成形体１０１は、リング状正極合剤成形体３１と同じ成形用材料を用いて成形されたものである。

次に、本実施形態のアルカリ乾電池１１を製造する手順について説明する。

まず２種類の成形体３１，１０１の作製手順について述べる。正極作用物質である二酸化マンガン及び黒鉛にバインダーを添加して乾式混合し、次いでアルカリ水溶液を加えながら湿式混合する。そして、得られた混合物を圧延、粉砕後、整粒された二次粒子を得る。この二次粒子を成形用材料とし、成形機及び成形金型を用いて成形を行うことで、既知のリング状正極合剤成形体３１と錠剤状正極合剤成形体１０１とをそれぞれ作製しておく。

その一方で、有底円筒形にプレス加工された正極缶２１を用意し（図２（ａ）参照）、その内部にリング状正極合剤成形体３１を３個圧入した後（図２（ｂ）参照）、次いで錠剤状正極合剤成形体１０１を正極缶２１内に落とし込んで、それを凹部２７内に嵌入させる（図２（ｃ）、（ｄ）参照）。ここで、正極缶２１の開口部２２の内面にシール剤をリング状に塗布し、さらにセパレータ４１の挿入、アルカリ電解液の注液、負極作用物質５１の注入を順次行う。

そして、負極端子板６１、負極集電子７１及び封口ガスケット８１を互いに組み付けてなる集電体６０を正極缶２１の開口部２２に装着して、負極集電子７１の先端部７３を負極作用物質５１中に挿入配置する。この状態で正極缶２１の開口部２２の先端をカシメ付けて当該部分を封口する封口工程を行い、集電体６０を開口部２２の内面に強固に取り付ける。この後、さらに正極缶２１の外表面に外装ラベル２３を巻き付けることにより、図１（ａ）のアルカリ乾電池１１を完成させる。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

即ち、このアルカリ乾電池１１の場合、錠剤状正極合剤成形体１０１の第１主面１０２との当接によって、セパレータ４１の底部４２が起電反応に寄与する領域となる。その結果、トータルでの起電反応面積が従来構造に比べて確実に増大する。また、従来デッドスペースであった凹部２７内に発電要素の一種である錠剤状正極合剤成形体１０１を嵌入する結果、基本的に正極合剤が増量する。以上のことから、大電流を容易に取り出すことが可能となり、しかも長寿命化を図ることができる。また、長寿命化が図られることにより、アルカリ乾電池１１の廃棄量削減も期待できる。さらに、正極合剤の増量によって、結果的に電池容量も増加する。なお、成形体は粉体等とは異なり緻密で導電性が高く、また、正極缶２１の底部２６の内面との接触抵抗も比較的小さい。このこともアルカリ乾電池１１の大電流化、長寿命化に少なからず貢献している。
[第２実施形態]

以下、本発明を具体化した第２実施形態を図３，図４に基づき詳細に説明する。ここでは第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態のアルカリ乾電池１１Ａは、基本的に第１実施形態のものと同様の構造を有するが、錠剤状正極合剤成形体１０１の代わりに図３（ａ），（ｂ）に示すような円盤状正極合剤成形体１２１を使用した点で相違している。この円盤状正極合剤成形体１２１は、第１主面１２２、第２主面１２３及び第２主面１２３の中央部に位置する突起１２８を有していて、いわゆる「鍋蓋状」を呈している。円盤状正極合剤成形体１２１における円盤部１２５の外径は、正極缶２１の内径とほぼ等しくなるように設計されている。突起１２８は円盤部１２５よりも径が小さく、凹部２７内に嵌入可能な大きさを備えている。このように構成された円盤状正極合剤成形体１２１は、図３（ａ）に示されるように、突起１２８を凹部２７内に嵌入した状態で正極缶２１の缶底部に嵌入される。この状態においては、第１主面１２２がセパレータ４１の底部４２の外面に面接触状態で当接する。また、第２主面１２３が正極缶２１の底部２６の内側外周部に面接触状態で当接し、突起１２８の先端面１２７が正極缶２１の底部２６の内側中心部（詳細には凹部２７の底となる部分）に面接触状態で当接する。従って、正極缶２１との導電性及びセパレータ４１との導電性が確保されている。なお、本実施形態の円盤状正極合剤成形体１２１は、リング状正極合剤成形体３１と同じ成形用材料を用いて成形されたものである。

次にその製造手順について説明する。

まず２種類の成形体３１，１２１の作製手順について述べる。正極作用物質である二酸化マンガン及び黒鉛にバインダーを添加して乾式混合し、次いでアルカリ水溶液を加えながら湿式混合する。そして、得られた混合物を圧延、粉砕後、整粒された二次粒子を得る。この二次粒子を成形用材料とし、成形機及び成形金型を用いて成形を行うことで、既知のリング状正極合剤成形体３１と円盤状正極合剤成形体１２１とをそれぞれ作製しておく。

その一方で、有底円筒形にプレス加工された正極缶２１を用意し（図４（ａ）参照）、その正極缶２１の中に円盤状正極合剤成形体１２１を落とし込んで、それを缶底部及び凹部２７内に嵌入させる（図４（ｂ）参照）。そして、正極缶２１の内部にリング状正極合剤成形体３１を３個圧入した後（図４（ｃ）参照）、シール剤を塗布し、さらにセパレータ４１の挿入（図４（ｄ）参照）、アルカリ電解液の注液、負極作用物質５１の注入を順次行う。この後、第１実施形態と同様に集電体６０の装着、封口、ラベリングを行って、図３（ａ）のアルカリ乾電池１１Ａを完成させる。

従って、本実施形態のようなアルカリ乾電池１１Ａであっても、第１実施形態と同等の効果を得ることができる。つまり、セパレータ４１の底部４２が起電反応に寄与する領域となる結果、トータルでの起電反応面積が従来構造に比べて確実に増大する。また、凹部２７内に発電要素の一種である円盤状正極合剤成形体１２１を嵌入する結果、基本的に正極合剤が増量する。以上のことから、大電流を容易に取り出すことが可能となり、しかも長寿命化を図ることができ、ひいては廃棄量削減や電池容量増加を期待することができる。

加えて本実施形態では、正極缶２１の内径とほぼ等しい外径を有する円盤状正極合剤成形体１２１を用いてアルカリ乾電池１１Ａを構成している。それゆえ、製造時に円盤状正極合剤成形体１２１を正極缶２１内に嵌入する際に、特に位置決め制御を行わなくても、それを比較的容易に所定部位に嵌入させることができる。ゆえに、これを電池構成部品として使用することで、アルカリ乾電池１１Ａを効率よく低コストで得ることができる。
[第３実施形態]

以下、本発明を具体化した第３実施形態を図５，図６に基づき詳細に説明する。ここでは第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態のアルカリ乾電池１１Ｂは、基本的に第１実施形態のものと同様の構造を有するが、図５（ａ）に示されるように、錠剤状正極合剤成形体１０１の第１主面１０２がセパレータ４１の底部４２の外面に対して接着されている点で相違している。ここでは、錠剤状正極合剤成形体１０１とセパレータ４１との接着に、従来周知のイオン透過性接着剤９１が使用されている。

次にその製造手順について説明する。

まず、第１実施形態の手法に準じてリング状正極合剤成形体３１と錠剤状正極合剤成形体１０１とをそれぞれ作製しておく。また、有底のセパレータ４１を用意するとともに、その底部４２の外面中央部に対して錠剤状正極合剤成形体１０１の第１主面１０２をイオン透過性接着剤９１で接着しておく。

その一方で、有底円筒形にプレス加工された正極缶２１を用意し（図６（ａ）参照）、その内部にリング状正極合剤成形体３１を３個圧入する（図６（ｂ）参照）。ここで、シール剤を塗布した後、底部４２の外面に錠剤状正極合剤成形体１０１を接着した上記セパレータ４１を正極缶２１内に挿入し、錠剤状正極合剤成形体１０１を凹部２７に嵌入させる（図６（ｃ），（ｄ）参照）。この後、アルカリ電解液の注液、負極作用物質５１の注入、集電体６０の装着、封口、ラベリングを行うことにより、図５（ａ）のアルカリ乾電池１１Ｂを完成させる。

従って、本実施形態のようなアルカリ乾電池１１Ｂであっても、第１実施形態と同じく、大電流化及び長寿命化を図ることができる。加えて本実施形態の製造方法によると、セパレータ４１を正極缶２１内の所定位置に挿入することで、あらかじめ底部４２の外面に接着されていた錠剤状正極合剤成形体１０１を凹部２７に確実に嵌入させることができる。このため、錠剤状正極合剤成形体１０１を嵌入する際の位置決め制御が不要になり、所望構造のアルカリ乾電池１１Ｂを効率よく低コストで製造することができる。
[第４実施形態]

ここでは、ＬＲ６形（単３形）のアルカリ乾電池を対象として評価試験を行った。この試験では、５種類のアルカリ乾電池を３本ずつ作製し、温度２０℃の環境下で短絡させたときの電流値（Ａ）を常法に従って測定した。その結果を表１に示す。

試験対象１（比較例）は、基本的に第１実施形態のアルカリ乾電池１１から錠剤状正極合剤成形体１０１を省略した従来の構造を有するものとした。なお、電解二酸化マンガン（ｄ５０＝３０μｍ〜５０μｍ）、７重量％の人造黒鉛（ｄ５０＝９μｍ〜１５μｍ）、０．１重量％のポリアクリル酸を乾式混合し、次いで４０％の水酸化カリウム水溶液を加えながら湿式混合した。得られた混合物を圧延、粉砕、整粒することにより、水分量が３重量％の二次粒子を得た。そして、この二次粒子を成形用材料として圧縮成形を行い、リング状正極合剤成形体３１を作製した。リング状正極合剤成形体３１における外径は１３．４５ｍｍとし、内径は９．０ｍｍとし、高さは１３．７ｍｍとし、重量は３．５５ｇとした。

試験対象２（実施例１）は、基本的に第１実施形態のアルカリ乾電池１１と同一の構造を有するものとした。なお、上述した比較例と同様の処方で成形用材料を得て、これを用いて圧縮成形を行い、リング状正極合剤成形体３１と錠剤状正極合剤成形体１０１とをそれぞれ作製した。リング状正極合剤成形体３１の外径は１３．４５ｍｍとし、内径は９．０ｍｍとし、高さは１３．７ｍｍとし、重量は３．５５ｇとした。錠剤状正極合剤成形体１０１の外径は４．６ｍｍとし、高さは１．９ｍｍとし、重量は０．６ｇとした。

試験対象３（実施例２）は、基本的に第２実施形態のアルカリ乾電池１１Ａと同一の構造を有するものとした。なお、上述した比較例と同様の処方で成形用材料を得て、これを用いて圧縮成形を行い、リング状正極合剤成形体３１と円盤状正極合剤成形体１２１とをそれぞれ作製した。リング状正極合剤成形体３１の外径は１３．４５ｍｍとし、内径は９．０ｍｍとし、高さは１３．７ｍｍとし、重量は３．５５ｇとした。円盤状正極合剤成形体１２１の全体外径は１３．４５ｍｍとし、全体高さは１３．７ｍｍとし、突起外径は４．６ｍｍとし、突起高さは１．９ｍｍとし、重量は０．８ｇとした。

試験対象４（実施例３）は、基本的に第３実施形態のアルカリ乾電池１１Ｂと同一の構造を有するものとした。ただし、正極缶２１の内面全体に黒鉛分散ニッケルめっき層を形成した。詳細には、片面に黒鉛を分散させたニッケルめっき鋼板を用い、内側が黒鉛分散面となるような形でプレス形成を行って、正極缶２１を得た。そして、上述した比較例と同様の処方で成形用材料を得て、これを用いて圧縮成形を行い、実施例１と同じ寸法及び重さのリング状正極合剤成形体３１と錠剤状正極合剤成形体１０１とをそれぞれ作製した。また、セパレータ４１の底部４２の外面にイオン透過性接着剤９１を用いて錠剤状正極合剤成形体１０１を接着しておき、両者を同時に正極缶２１内に挿入するようにした。

試験対象５（実施例４）は、基本的に第３実施形態のアルカリ乾電池１１Ｂと同一の構造を有するものとした。そして、上述した比較例と同様の処方で成形用材料を得て、これを用いて圧縮成形を行い、実施例１と同じ寸法及び重さのリング状正極合剤成形体３１と錠剤状正極合剤成形体１０１とをそれぞれ作製した。また、セパレータ４１の底部４２の外面にポリアクリル酸を接着剤として用いて錠剤状正極合剤成形体１０１を接着しておき、両者を同時に正極缶２１内に挿入するようにした。

表１に示すように、比較例では電流値が最も低く、大電流を取り出すことができないことがわかった。それゆえ、電池の寿命もさほど長くないものと考えられた。このような結果をもたらしたのは、有底のセパレータ４１の底部４２の領域が殆ど起電反応に寄与していないことや、正極合剤の量が他のものよりも少ないことが原因であると考えられた。

一方、実施例１〜４では、総じて電流値が高くなり、いずれも大電流を取り出すことができることがわかった。また、このような好結果は、起電反応面積の増大及び正極合剤の増量によるものであると考えられた。中でも実施例３では、１８Ａという大電流を得ることができ、それゆえ超寿命化かつ高容量化が十分に図られていると考えられた。

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

・正極合剤成形体は上記実施形態のみに限定されず、その形状を変更してもよい。例えば、図７に示す別の実施形態のアルカリ乾電池１１Ｃのように、より単純な形状を呈する円盤状正極合剤成形体１１１を用いて電池を構成してもよい。

・上記実施形態では本発明をＬＲ６（単３形）の円筒形アルカリ乾電池に具体化したが、他のタイプの円筒形アルカリ乾電池、例えば、ＬＲ１（単５形）、ＬＲ０３（単４形）、ＬＲ１４（単２形）、ＬＲ２０（単１形）などに具体化してもよく、あるいは、ＺＲタイプに具体化してもよい。さらには、アルカリ乾電池の範疇には入らないが、リチウムボビン電池に本発明を適用することも可能である。

・上記実施形態では、錠剤状正極合剤成形体１０１及び円盤状正極合剤成形体１１１，１２１が、ともにリング状正極合剤成形体３１と同じ材料を用いて成形されていたが、異なる材料を用いて成形されていてもよい。

・上記実施形態では、正極缶２１の底部２６の内面に黒鉛分散ニッケルめっき層が形成されていたが、黒鉛分散ニッケルめっき層以外の導電層を形成してもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）底部外側中央部にて突出する正極端子の反対面側に凹部を有するとともに底部内面に黒鉛分散ニッケルめっき層が形成された有底円筒形の正極缶と、前記正極缶の内部に嵌入されたリング状正極合剤成形体と、前記正極缶の中心部に配置された負極作用物質と、前記リング状正極合剤成形体と前記負極作用物質との間に介在された有底のセパレータとを備え、第１主面及び第２主面を有するとともに前記リング状正極合剤成形体と同じ材料にて成形された錠剤状正極合剤成形体が前記凹部内に嵌入され、前記第１主面が前記セパレータの底部外面にイオン透過性接着剤で接着され、前記第２主面が前記正極缶の底部内面に当接されていることを特徴とするアルカリ乾電池。

（ａ）は本発明を具体化した第１実施形態のアルカリ乾電池を示す縦断面図、（ｂ）は同アルカリ乾電池の構成部材である正極合剤成形体を示す斜視図。 （ａ）〜（ｄ）は第１実施形態のアルカリ乾電池の製造方法を説明するための概略断面図。 （ａ）は本発明を具体化した第２実施形態のアルカリ乾電池を示す縦断面図、（ｂ）は同アルカリ乾電池の構成部材である正極合剤成形体を示す斜視図。 （ａ）〜（ｄ）は第２実施形態のアルカリ乾電池の製造方法を説明するための概略断面図。 （ａ）は本発明を具体化した第３実施形態のアルカリ乾電池を示す縦断面図、（ｂ）は同アルカリ乾電池の構成部材である正極合剤成形体を示す斜視図。 （ａ）〜（ｄ）は第３実施形態のアルカリ乾電池の製造方法を説明するための概略断面図。 （ａ）は本発明を具体化した別の実施形態のアルカリ乾電池を示す縦断面図、（ｂ）は同アルカリ乾電池の構成部材である正極合剤成形体を示す斜視図。

符号の説明

１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…アルカリ乾電池
２１…正極缶
２５…正極端子
２６…（正極缶の）底部
２７…凹部
３１…リング状正極合剤成形体
４１…セパレータ
４２…（セパレータの）底部
５１…負極作用物質
１０１…錠剤状正極合剤成形体
１０２，１１２，１２２…第１主面
１０３，１１３，１２３…第２主面
１１１，１２１…円盤状正極合剤成形体
１２８…突起

Claims (8)

1. 底部外側中央部にて突出する正極端子の反対面側に凹部を有する有底円筒形の正極缶と、前記正極缶の内部に嵌入されたリング状正極合剤成形体と、前記正極缶の中心部に配置された負極作用物質と、前記リング状正極合剤成形体と前記負極作用物質との間に介在された有底のセパレータとを備え、第１主面及び第２主面を有する錠剤状正極合剤成形体が前記凹部内に嵌入され、前記第１主面が前記セパレータの底部外面に当接または接着され、前記第２主面が前記正極缶の底部内面に当接されていることを特徴とするアルカリ乾電池。
2. 底部外側中央部にて突出する正極端子の反対面側に凹部を有する有底円筒形の正極缶と、前記正極缶の内部に嵌入されたリング状正極合剤成形体と、前記正極缶の中心部に配置された負極作用物質と、前記リング状正極合剤成形体と前記負極作用物質との間に介在された有底のセパレータとを備え、第１主面及び第２主面を有する円盤状正極合剤成形体が前記正極缶の缶底部に嵌入され、前記第１主面が前記セパレータの底部外面に当接または接着され、前記第２主面が前記正極缶の底部内面に当接されていることを特徴とするアルカリ乾電池。
3. 底部外側中央部にて突出する正極端子の反対面側に凹部を有する有底円筒形の正極缶と、前記正極缶の内部に嵌入されたリング状正極合剤成形体と、前記正極缶の中心部に配置された負極作用物質と、前記リング状正極合剤成形体と前記負極作用物質との間に介在された有底のセパレータとを備え、第１主面、第２主面及び前記第２主面の中央部に位置する突起を有する円盤状正極合剤成形体が、前記突起を前記凹部内に嵌入した状態で前記正極缶の缶底部に嵌入され、前記第１主面が前記セパレータの底部外面に当接または接着され、前記第２主面及び前記突起の先端面が前記正極缶の底部内面に当接されていることを特徴とするアルカリ乾電池。
4. 前記錠剤状正極合剤成形体及び前記円盤状正極合剤成形体は、前記リング状正極合剤成形体と同じ材料を用いて成形されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアルカリ乾電池。
5. 前記正極缶の底部内面には黒鉛分散ニッケルめっき層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアルカリ乾電池。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルカリ乾電池の製造方法であって、
   あらかじめ底部外面に錠剤状正極合剤成形体または円盤状正極合剤成形体を接着したセパレータを正極缶内に挿入することにより、前記錠剤状正極合剤成形体または前記円盤状正極合剤成形体を所定部位に嵌入させることを特徴とするアルカリ乾電池の製造方法。
7. 第１主面及び第２主面を有する錠剤状であって、有底円筒形の正極缶の底部外側中央部にて突出する正極端子の反対面側にある凹部内に嵌入可能な大きさを備える電池用正極合剤成形体。
8. 第１主面、第２主面及び前記第２主面の中央部に位置する突起を有する円盤状であって、前記突起を前記凹部内に嵌入した状態で有底円筒形の正極缶の缶底部に嵌入可能な大きさを備える電池用正極合剤成形体。

Images